(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池に用いる流路板構造の改良を提供する。【解決手段】  良好な導熱性を具えた材質を基材とする第一基板と、良好な粘着性を具えた材質を基材で、また第一基板と一緒に接合することで単一部材(One Piece)を呈する第二基板を含むことを特徴とする。このような構成により、本考案の流路板には、導熱性が良好な材質を使用することで陽極燃料、或いは、陰極燃料の温度均一性効果を提供し、本考案の流路板に更に燃料電池システムの発電効率を向上させ、且つこれら燃料電池ユニットの使用寿命を延長させる。【選択図】図３
0003119029.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いる流路板構造の改良において、
良好な導熱性を具えた材質を基材とする第一基板と、
良好な粘着性を具えた材質を基材で、また第一基板と一緒に接合することで単一部材(One Piece)を呈する第二基板を含むことを特徴とする、燃料電池に用いる流路板構造の改良。
【請求項２】
請求項１記載の流路板構造の改良において、その第一基板が、少なくとも1個以上の凹部を含み、且つ、これら凹部が燃料を収納することを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項３】
請求項１記載の流路板構造の改良において、その第一基板の材質が、金属材質であることを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項４】
請求項１記載の流路板構造の改良において、その第二基板には、該第二基板の側辺に設置された入力孔と第二基板に設置され、且つ、該入力孔と相互連接する流路を含むことを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項５】
請求項１記載の流路板構造の改良において、その第二基板の材質が、プラスチック材質、塑性材質のいずれから選択することを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項６】
請求項4記載の流路板構造の改良において、その第一基板には、少なくとも1個以上の凹部を含み、且つ、これら凹部が該流路と相互に連接することを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項７】
請求項４記載の流路板構造の改良において、その第二基板には、該第二基板の側辺に設置され、且つ、該流路と相互に連接する出力孔を含むことを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項８】
請求項３記載の流路板構造の改良において、その金属材質は、アルミ、銅、アルミ合金、銅合金のいずれかを選択することを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項９】
請求項２記載の流路板構造の改良において、その燃料が、メタノール溶液であることを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項１０】
請求項２記載の流路板構造の改良において、その燃料が、液体型燃料であることを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項１１】
請求項２記載の流路板構造の改良において、その燃料が、ガス型燃料であることを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項１２】
請求項２記載の流路板構造の改良において、その燃料が、陽極燃料であることを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項１３】
請求項２記載の流路板構造の改良において、その燃料が、陰極燃料であることを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項１４】
請求項１記載の流路板構造の改良において、その第一基板の表面が、耐酸処理を経た表面であることを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項１５】
請求項１４記載の流路板構造の改良において、その基板の表面にポリテトラフルオロエチレンが塗布されていることを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項１６】
請求項１記載の流路板構造の改良において、さらに一歩進んで、
プリント回路基板の材質を基材で少なくとも該第二基板と接合する第三基板、及び、単一部材(One Piece)を呈して接合した後の流路板を含むことを特徴とする、流路板構造の改良。
【請求項１７】
請求項１６記載の流路板構造の改良において、その第三基板には、少なくとも1個以上その上に溶接した電子デバイスを含むことを特徴する、流路板構造の改良。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、燃料電池の流路層構造に関り、特に燃料電池に用いる流路板で、少なくとも2種類以上の材質を用いることに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の積層型燃料電池システムの構造図である。積層型燃料電池システム10には、燃料流路層13、第一電力/信号伝送層15、陽極集電層113、物質移動電解層111、陰極集電層115、第二電力/信号伝送層17、及び、機電制御層19を含み、その陽極集電層113、物質移動電解層111、及び、陰極集電層115で燃料電池のコアコンポーネント11を構成している。直接メタノール型燃料電池システムを前記積層型燃料電池システム10の実施例で説明すると、燃料流路層13は、メタノール水溶液を燃料電池のコアコンポーネント11内までに流れることで、物質移動電解層111の陽極側で陽極の電気化学的反応を起こさせ、その反応は以下のとおりである。
CH3OH + H2O → 6H+ + 6e- + CO2
及び、陰極側で起こる陰極の電気化学的反応のその反応は以下のとおりである。
1.5O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O
これにより、電気化学的反応を通じて化学エネルギーに直接低圧直流電気エネルギーに変換することができ、発生した電気エネルギーを負荷100に供給する。
【０００３】
図１内の燃料流路層13で開示する製造材質は、プリント回路基板、或いは、関連材質で製造し、且つ、単一材質を用いていたが、この種の材質の放熱効果が先天的に不良であったため、燃料流路層13内の陽極燃料が電気化学的反応によって高温に上昇した時、燃料電池のコアコンポーネント11の各燃料電池ユニットで得ていた陽極燃料の相互温度が不均等になる状態が生じていた。燃料流路層13にある温度が不均等な陽極燃料によって、燃料電池のコアコンポーネント11に生じた直流電圧が不安定となり、化学エネルギーの電気エネルギーへの変換効率に影響をおよぼし、同時に、これら燃料電池ユニットの使用寿命が不揃いとなることで、燃料電池システム10全体の使用寿命を短縮してしまう。
【０００４】
図２は、陽極燃料の温度と直接メタノール型燃料電池システムから生じた力率の関係図である。図２内において、横軸が測量の時間、縦軸が発生した力率で、温度が40℃の時、直接メタノール型燃料電池システムが約0.3Wの電力を発生させることができ、温度が50℃の時、直接メタノール型燃料電池システムが約0.4Wの電力を発生させることができ、温度が60℃の時、直接メタノール型燃料電池システムが約0.45Wの電力を発生させることができる。図２によると、陽極燃料の温度が、燃料電池ユニットの電気化学的反応程度と密接な関係を示していることが分かり、これにより、流路層の陽極燃料の温度をいかに永久的な均一性を保たせることで、これら燃料電池ユニットが均一性の電気化学的反応程度を呈するよう本考案で解決したい課題である。
【０００５】
本考案の考案者は、従来の燃料流路層がやはり多くの欠点を有するため、その改善の必要性に鑑み、燃料電池の燃料温度均一性を維持できる燃料板を創り出した。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
本考案の主な目的は、燃料電池に用いる流路板構造の改良を提供することにあり、燃料電池内の燃料温度の不均一という問題の発生と、同時に燃料電池の発電効率に影響することを避けることにある。
【０００７】
本考案の更なる目的は、燃料電池に用いる流路板構造の改良を提供することにあり、少なくとも2種類以上の異なる材質を結合し、且つ、これら材質の物理特性を十分利用することで、燃料の温度不均一問題、及び、流路板と燃料電池の集電層の密閉接合の問題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案の上記目的を達成するため、本考案について、燃料電池に用いる流路板構造の改良は、良好な導熱性を具えた材質を基材とする第一基板と、良好な粘着性を具えた材質を基材で、また第一基板と一緒に接合することで単一部材(One Piece)を呈する第二基板を含むことを提供することである。
【０００９】
本考案の設計は新規で、産業上に利用することができ、且つ効果が明らかに増進しているため法律に則ってここに実用新案権を申請する。
【考案の効果】
【００１０】
上記を総合すると、本考案の流路板には、以下の長所を具える；1.導熱性が良好な材質を使用することで陽極燃料、或いは、陰極燃料の温度均一性効果を提供し、本考案の流路板に更に燃料電池システムの発電効率を向上させ、且つこれら燃料電池ユニットの使用寿命を延長させる；2.粘着性が良好な材質を使用することで流路板と集電層の密閉接合を達し、本考案の流路板に更に産業上の利用価値を持たせる；3.プリント回路基板の材質を使用し、且つ、該材質の基板上に更に一歩進んで電子回路を具えることで、本考案の流路板が容易にスマート流路板となる。
【実施例】
【００１１】
図３は、本考案の流路板の構造図である。本考案の流路板20の構造改良には、第一基板21、及び、第二基板23を含み、それぞれを下記に説明する。第一基板21は、良好な導熱性を具えた材質を基板の材質として用い、この材質例は例えばアルミ、銅、アルミ合金、銅合金等、或いは、その他単一金属材質、その他金属合金の材質から選択する。第一基板21には、少なくとも1個以上の凹部211に設け、これら凹部211がこれら燃料電池ユニットの設置位置にそれぞれ対応し、これにより、例えばメタノール溶液、水素ガス、陽極燃料、陰極燃料等の燃料が、これら凹部211までに流入することで、第一基板21の導熱作用により、これら凹部211の燃料温度に均一温度の効果を現させる。第二基板23は、例えばプラスチック材質のような良好な粘着性を具えた材質を基材として用い、且つ、第二基板23を第一基板21と一緒に接合する。外観から見ると、流路板20は、1つの単一部材(One Piece)の構造を呈する。更に、第二基板21は、粘着性に優れた特色を具備するため、流路板20が第二基板21を利用することで集電層と密閉接合を達成することができる。
【００１２】
第二基板23には、入力孔231、流路233、及び、出力孔235を設け、それぞれ以下に説明する。入力孔231は、例えばメタノール溶液、水素ガス、陽極燃料、陰極燃料等のような燃料の注入に用い、入力孔231を第二基板23の側辺に設置した。流路233は、流路板20内にある燃料を、各燃料電池ユニット(図には表示していない)と相互に流通させることに用い、流路233を第二基板23の表面に設置し、且つ、入力孔231と出力孔235を相互に連接する、流路233の実施手段が、例えば複数本の溝構造を用いることができる場合、第二基板23の表面に設置する。
【００１３】
図３内において、流路233が具体的な実施手段において第一流路233Aと第二流路233Bとして実現できる場合、これにより、前記燃料が入力孔231から第一流路233A内に流入し、更に第一流路233Aの導流作用により、燃料が各凹部211に流れ、その後これら燃料電池ユニットに到達し、更に、各燃料電池ユニットが電気化学的反応を起すことで電力が生じる。凹部211にある燃料、及び、電気化学的反応の生成物が、第二流路233Bに流入し、最後には出力孔235から外部に流出する。
【００１４】
本考案の流路板20の第一基板21が導熱性に優れた材質を用いることから、先天的に放熱、或いは、熱伝導効果に優れ、熱伝導性は、従来使用していたPCB材質、或いは、関連材質の流路板と比較してもはるかに良好であるため、流路板20がこれら燃料電池ユニットの電気化学的反応によって発生した熱によって、前記燃料温度へ影響を与えることもなく、実際の結果でも流路板20内にある燃料が、均一温度を維持した。更に、本考案の第一基板21の表面に対し、燃料、或いは、電気化学的反応の生成物の第一基板21への破壊を避けるために、更に一歩進めて耐酸処理を施した。耐酸処理の具体的な手段は、ポリテトラフルオロエチレンを塗布する手段を用いることができ、ポリテトラフルオロエチレンを第一基板21の全ての表面に塗布することで本考案の流路板20は、酸による破壊の防止効果を具備させることになる。
【００１５】
更に、本考案の流路板20にさらに一歩進めて第三基板25を含み、それは図４をご参照下さい。また第三基板25にプリント回路基板材質を用い、且つ、少なくとも第二基板23と一緒に接合すると、外観から見ると、図４の流路板20が1つの単一部材(One Piece)の構造を呈する。第三基板25には、少なくとも1個以上その上に溶接した電子デバイス251を含み、これにより、本考案の流路板20に更に一歩進んで電子回路の機能を与えることになる。
【００１６】
本考案の流路板20は、メタノール燃料電池システムに応用、或いは、その他のガス型、或いは、液体燃料型の燃料電池システムにも使用できる。
【００１７】
上記は、本考案の説明に最適の具体的な実施例であるが、本考案で主張する権利範囲は、実用新案登録請求の範囲に記載するものを基準とし、上記の実施例のみに限定されることがないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の積層型燃料電池システムの構造図である。
【図２】陽極燃料の温度と直接メタノール型燃料電池システムで生じる力率の関係図である。
【図３】本考案である流路板の構造図である。
【図４】本考案である別の変化の実施例の構造図である。
【符号の説明】
【００１９】
10  積層型燃料電池システム
11  燃料電池のコアコンポーネント
111 物質移動電解層
113 陽極集電層
115 陰極集電層
13  燃料流路層
15  第一電力/信号伝送層
17  第二電力/信号伝送層
19  機電制御層
20  流路板
21  第一基板
211 凹部
23  第二基板
231  入力孔
233  流路
233A  第一流路
233B   第二流路
235  出力孔
25   第三基板
251  電子デバイス
100   負荷
【図１】
0003119029.tif 000003
【図２】
0003119029.tif 000004
【図３】
0003119029.tif 000005
【図４】
0003119029.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月24日(2005.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いる流路板構造において、
良好な導熱性を具えた材質を基材とする第一基板と、
良好な粘着性を具えた材質を基材で、また第一基板と一緒に接合することで単一部材(One Piece)を呈する第二基板を含むことを特徴とする、燃料電池に用いる流路板構造。
【請求項２】
請求項１記載の流路板構造おいて、その第一基板が、少なくとも1個以上の凹部を含み、且つ、これら凹部が燃料を収納することを特徴とする、流路板構造。
【請求項３】
請求項１記載の流路板構造において、その第一基板の材質が、金属材質であることを特徴とする、流路板構造。
【請求項４】
請求項１記載の流路板構造において、その第二基板には、該第二基板の側辺に設置された入力孔と第二基板に設置され、且つ、該入力孔と相互連接する流路を含むことを特徴とする、流路板構造。
【請求項５】
請求項１記載の流路板構造において、その第二基板の材質が、プラスチック材質、塑性材質のいずれから選択することを特徴とする、流路板構造。
【請求項６】
請求項4記載の流路板構造において、その第一基板には、少なくとも1個以上の凹部を含み、且つ、これら凹部が該流路と相互に連接することを特徴とする、流路板構造。
【請求項７】
請求項４記載の流路板構造において、その第二基板には、該第二基板の側辺に設置され、且つ、該流路と相互に連接する出力孔を含むことを特徴とする、流路板構造。
【請求項８】
請求項３記載の流路板構造において、その金属材質は、アルミ、銅、アルミ合金、銅合金のいずれかを選択することを特徴とする、流路板構造。
【請求項９】
請求項２記載の流路板構造において、その燃料が、メタノール溶液であることを特徴とする、流路板構造。
【請求項１０】
請求項２記載の流路板構造において、その燃料が、液体型燃料であることを特徴とする、流路板構造。
【請求項１１】
請求項２記載の流路板構造において、その燃料が、ガス型燃料であることを特徴とする、流路板構造。
【請求項１２】
請求項２記載の流路板構造において、その燃料が、陽極燃料であることを特徴とする、流路板構造。
【請求項１３】
請求項２記載の流路板構造において、その燃料が、陰極燃料であることを特徴とする、流路板構造。
【請求項１４】
請求項１記載の流路板構造において、その第一基板の表面が、耐酸処理を経た表面であることを特徴とする、流路板構造。
【請求項１５】
請求項１４記載の流路板構造において、その基板の表面にポリテトラフルオロエチレンが塗布されていることを特徴とする、流路板構造。
【請求項１６】
請求項１記載の流路板構造において、さらに一歩進んで、
プリント回路基板の材質を基材で少なくとも該第二基板と接合する第三基板、及び、単一部材(One Piece)を呈して接合した後の流路板を含むことを特徴とする、流路板構造。
【請求項１７】
請求項１６記載の流路板構造において、その第三基板には、少なくとも1個以上その上に溶接した電子デバイスを含むことを特徴する、流路板構造。